Электрически укороченная рамочная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

Комментарии к статье

В ряде практических случаев размеры антенны, соизмеримые с длиной волны, недопустимо велики. Поэтому и были разработаны электрически укороченные (малые) антенны. Важно также, чтобы антенна являлась единственным элементом, излучающим или принимающим электромагнитную энергию. Один из вариантов таких антенн, электрически укороченная рамочная антенна, рассматривается в статье. Эксперименты проводились на частотах 14, 27 и 430 МГц.

Рамочная антенна обладает наилучшими свойствами, когда при данном периметре покрывает наибольшую площадь, т. е. является круглой рамкой. Но для удобства рассмотрения обратимся к квадратной рамке и вертикальной поляризации излучаемых (принимаемых) волн (рис. 1 а).

Коэффициент направленного действия (КНД) квадратной рамки с периметром е = λ (λ - длина волны) в свободном пространстве по сравнению с полуволновым диполем составляет 1,35 дБ при сопротивлении rΣ = 100 Ом [1].

Квадратную рамку с вертикальной поляризацией можно представить состоящей из двух полуволновых вертикальных диполей, нагруженных с концов (емкостная нагрузка) и разнесенных на четверть длины волны. Излучение вверх и вниз отсутствует, так как токи в горизонтальных проводниках рамки компенсируют друг друга. Распределение тока I и напряжения U вдоль проводника рамки представлено на рис. 1,б. Точки А и С, пучности тока, являются точками нулевого потенциала. При подключении антенны в разрыв в точке А один диполь запитывается током, а другой - в точках В и D - противофазными напряжениями. Диаграммы направленности рамки, находящейся в свободном пространстве, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, приведены на рис. 1 в, г и по своей форме близки к диаграмме направленности полуволнового диполя [2].

Электрическое укорочение рамочной антенны может быть осуществлено увеличением емкостной нагрузки диполей путем включения в пучности напряжения, т. е. в точки В и D, емкостей, что дополнительно изменяет фазу напряжения в этих точках на 180° (рис. 2,а). Назовем эту антенну укороченной рамочной антенной из двух полурамок.

Ток в контуре рамки протекает теперь только в одном направлении (рис. 2,б), т. е. токи в противоположных проводниках рамки оказываются относительно друг друга противоположно направленными. Это означает, что излучение в направлении, перпендикулярном плоскости рамки, отсутствует, т. е. диаграмма направленности представляет приблизительно круг в вертикальной плоскости и "восьмерку" в горизонтальной (рис. 2,в, г). Если считать аналогом данной антенны два полуволновых диполя с противоположно направленными равными токами, то КНД в горизонтальной плоскости относительно круговой диаграммы направленности составляет 3,8 дБ [1].

Таким образом, данная антенна по своим свойствам приближается к магнитной антенне - антенне с постоянным распределением тока вдоль контура рамки, и излучающей преимущественно магнитную составляющую электромагнитного поля в ближней зоне.

Рассматриваемая антенна имеет четыре точки нулевого потенциала: А, С - пучности тока и В, D - середины расстояний между обкладками конденсаторов - узлы напряжений. Соответственно запитывать антенну можно вблизи этих точек. Проще всего применить Т-образное согласование при питании в пучности тока (рис. 3,а) [2] либо емкостный делитель напряжения при подключении в узле напряжения (рис. 3,б) [1].

Ориентировочно параметры подключающей цепи можно определить из следующих соображений.

• Первоначально рамка выбранного периметра e < λ настраивается в резонанс на рабочую частоту f с помощью двух одинаковых конденсаторов емкостью 2С и измеряется добротность ненагруженной рамки Q.
• Волновое сопротивление рамочной антенны как LC-контура PА=1/(2πfC).
• Коэффициент включения линии питания с волновым сопротивлением рл в антенный контур, исходя из условия, что при согласовании добротность контура уменьшается в два раза, к = (PАQ/Рл)1/2.
• Расстояние между точками подключения Т-образного согласования ет= е/к.
• Элементы емкостного делителя Сн = кС, С' = 4С·к/(к -2).
• Если подключить линию питания в разрыв рамки в точке А, то входное сопротивление rвх = Pa/Q.
• Сопротивление излучения рамки [3] гΣ = 80π2(2πSp/λ2)2, где Sp - площадь рамки, или для круглой рамки гΣ=20π2(e/λ)4.

Известен еще один вариант электрически укороченной рамочной антенны - полуволновый диполь с емкостной нагрузкой, свернутый в рамку (рис. 4,а). Для реализации этой антенны периметр рамки должен быть меньше половины длины волны. Точки нулевого потенциала - точка А и середина расстояния между обкладками конденсатора С (рис. 4,б). Диаграмма направленности приблизительно совпадает с диаграммой направленности рамочной антенны из двух полурамок. Подключение линии питания производится вблизи точек нулевого потенциала, как это делается в рамочной антенне с двумя полурамками.

Укороченная рамочная антенна из двух полурамок характеризуется более равномерным распределением амплитуды тока вдоль проводника рамки по сравнению с рамочной антенной с непрерывной рамкой, поэтому при одинаковых периметрах обладает большим сопротивлением излучения rΣ и, как следствие, большей эффективностью ηA (коэффициентом полезного действия). Выигрыш по данным измерений достигает 3 дБ при е/λ = 0,2.

Исследование укороченной рамочной антенны из двух полурамок производилось на частотах 14, 27 и 430 МГц.Для частоты 14 МГц квадратная рамка из медного провода диаметром 2 мм имела периметр е = 0,Зλ, емкости 2С = 22 пФ, добротность ненагруженной рамки Q = 100, сопротивление излучения rΣ = 2 Ом, входное сопротивление в пучности тока rвх = 10 Ом, эффективность ηA - 0,1 и полосу пропускания 0,3 МГц. Для подключения кабеля с волновым сопротивлением Pл = 50 Ом емкостный делитель напряжения состоял из конденсаторов С = 47 пФ и Сн = 510 пФ, а длина отрезка проводника рамки для Т-образного согласования еτ = 160 мм. Симметрирование осуществлялось с помощью ферритового кольца и нескольких витков коаксиального кабеля [2]. Антенна применялась как комнатная приемная для наблюдения за работой любительских радиостанций. В ряде случаев удавалось уменьшить уровень мешающих сигналов вследствие симметрии антенны, ослабляющей синфазные помехи, и наличия "нулей" на диаграмме направленности.

Для частоты 27 МГц было изготовлено несколько антенн из двух полурамок с периметрами е =(0,1...0,5)%.. Их исследование дало следующее. У рассматриваемой рамочной антенны сопротивление излучения очень сильно падает при уменьшении размеров. Оно зависит в квадрате от площади (или в четвертой степени от периметра круглой рамки). Поэтому для рамочных антенн с периметром е < 0,1 А. сопротивление излучения значительно меньше сопротивления потерь, и полоса пропускания антенны определяется только параметрами антенного LC-контура. Для рамочной антенны с периметром е > 0.2А. сопротивление излучения становится соизмеримо с сопротивлением потерь, добротность начинает падать, а полоса пропускания антенны и эффективность - расти. Кроме того, желательно при запитывании антенны стремиться к тому, чтобы центральные части вибраторов, т. е. пучности тока, были свободны от подключающих элементов. Поэтому емкостный делитель напряжения предпочтительнее Т-образного согласования.

Рамочная антенна для частоты 430 МГц имела размеры 36x22 мм и была изготовлена из посеребренного медного провода диаметром 1,5 мм. Емкости 2С состояли из подстроечных конденсаторов 1...5 пФ. Применялось несимметричное Т-образное согласование. Оплетка кабеля с Pл = 50 Ом подключалась к точке нулевого потенциала - пучности тока, а центральная жила - на расстоянии 10 мм от нее. Полоса пропускания нагруженной антенны - 4,5 МГц, эффективность-0,05...0,1.

Рассматриваемая рамочная антенна является симметричной, не требует противовеса, имеет точки нулевого потенциала (что позволяет применять общепринятые способы питания), может подстраиваться конденсаторами переменной емкости, мало чувствительна к наличию в непосредственной близости от нее диэлектрических и слабо проводящих предметов, не содержит индуктивных согласующих элементов. При заданном периметре наибольшей эффективностью обладает укороченная круглая рамочная антенна, состоящая из двух полурамок, запитанная через емкостный делитель напряжения при минимально возможных потерях в материале рамки и конденсаторах.

Литература

1. Devoidere John. Low-Band DXing. American Radio Relay League, Inc. - 1987, p. 266.
2. Григоров И. Практические конструкции антенн. - М.: ДМК, 2000, 352 с. ил,
3. Гречихин Л. Электрически малые антенны: возможности и заблуждения. - Радио, 1992, № 11, с. 8-10.

Автор: Н.Туркин, г.Санкт-Петербург

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Цыплята из искусственного яйца, напечатанного на 3D-принтере 29.05.2026

Компания Colossal Biosciences, известная своими амбициозными инициативами по "воскрешению" вымерших животных, достигла важного прорыва. Специалистам удалось вырастить цыплят из полностью искусственного яйца, созданного с помощью 3D-печати. Эта технология рассматривается как значительный шаг на пути к возможному возрождению одного из самых впечатляющих представителей исчезнувшей фауны - гигантского моа. Южноостровной гигантский моа (Dinornis robustus) был одной из самых высоких птиц в истории Земли. Самки этого нелетающего родственника страусов могли вырастать выше двух метров и дотягиваться до пищи на высоте до 3,6 метра. Эти гиганты обитали в Новой Зеландии, однако полностью исчезли примерно в XV веке после активной охоты со стороны первых поселенцев-маори. Теперь Colossal Biosciences пытается вернуть подобных птиц в современный мир с помощью передовых биоинженерных решений. Искусственное яйцо, разработанное компанией, состоит из титановой решетчатой оболочки, изготовленной на 3 ...>>

Робот-бариста Jarvis 29.05.2026

Американский стартап Artly представил роботизированного баристу по имени Jarvis, который уже работает в кафе Muji в Портленде. Эта система не просто механически готовит кофе - она старается максимально точно воспроизводить технику и навыки чемпионов кофейного мастерства, превращая авторский кофе в стабильный и масштабируемый продукт. Основателем кофейной философии проекта стал Джо Янг, занимающий должность Chief Coffee Officer в Artly. Выросший в Китае, он впервые попробовал кофе только в 2007 году во время учебы в Оклендском университете в Новой Зеландии. Сначала эспрессо привлек его как самый бюджетный напиток в меню, но постепенно интерес перерос в профессиональную страсть. Джо Янг стал победителем нескольких национальных чемпионатов США по обжарке кофе, приготовлению напитков и лате-арту. Для обучения Jarvis команда Artly применила систему захвата движений. На руку Джо Янга установили специальные датчики, которые записывали каждое движение при наливании молока и создании лате ...>>

Генетический резервный план растений 28.05.2026

Многие растения обладают удивительной способностью адаптироваться к самым суровым условиям окружающей среды. Одним из скрытых механизмов их выносливости оказалась полиплоидия - наличие более двух наборов хромосом в клетках. Это явление, распространенное среди растений, но редкое у животных, может действовать как эволюционный страховочный фонд. Новое исследование показывает, что именно дополнительные копии генома помогали цветковым растениям неоднократно переживать масштабные климатические кризисы на протяжении миллионов лет. Ученые проанализировали геномы 470 видов покрытосеменных растений и выявили 132 древних события полного удвоения генома. Эти события не были случайными: они четко группировались вокруг периодов глобальных экологических потрясений. Среди них - мелово-палеогеновое массовое вымирание 66 миллионов лет назад, палеоцен-эоценовый термический максимум, эоцен-олигоценовый переход, среднемиоценовое климатическое нарушение и океанические аноксические события. Исследован ...>>

Случайная новость из Архива Пресная вода с морского дна 03.03.2004 В Средиземном море близ французского города Ментона, в 800 метрах от берега, на глубине 36 метров найден источник пресной воды, бьющий из морского дна. О существовании таких подводных ключей сообщали еще античные авторы. Сейчас во всем мире таких источников насчитывают более тысячи. Но источник близ Ментоны интересен тем, что его впервые стали эксплуатировать для снабжения города питьевой водой. Из боязни нарушить источник разбуривать его и превращать в скважину не стали, над ним просто поставили заякоренный металлический колпак диаметром два метра и высотой десять, связанный гибким рукавом с поверхностью. Пресная вода, как более легкая, поднимается в колпак. Давление воды на глубине настолько велико, что насосы не нужны. Над поверхностью моря она бьет фонтаном, сто литров в секунду. Но под колпак в небольшом количестве просачивается морская вода, поэтому получается слабо минерализованный напиток (менее грамма морских солей на литр). Такая вода годится для орошения растений, но для питья ее будут еще опреснять. Тем временем в тысячу раз более мощный пресный источник найден под водой у берегов Сирии. Рассматривается вопрос о его обустройстве такой же системой.

Другие интересные новости:

▪ Автомобили Volvo с сенсорным управлением

▪ Смартфон с бесконечной памятью

▪ Сенсорная клавиатура с Bluetooth

▪ Вода из ветра

▪ Оригами помогает вырабатывать электричество

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Великолепная семерка. Крылатое выражение

▪ статья Проходит ли Солнце через 12 зодиакальных созвездий? Подробный ответ

▪ статья Цетрария исландская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Первая помощь при поражении электрическим током. Искусственное дыхание по способу «рот в рот». Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Кубик прошел сквозь стекло. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026